Ein neuer Akku könnte alles bieten, was man sich wünscht

Fast jeder kennt sie: Lithium-Ionen-Akkus. In den meisten elektronischen Geräten werden Akkus dieser Art verbaut. Doch Lithium-Ionen-Akkus haben einen gravierenden Nachteil: Ihre Kapazität ist stark begrenzt. Für große Energieverbraucher, wie zum Beispiel E-Autos, sind sehr große Akkus notwendig, die viel Platz verbrauchen und ein entsprechendes Gewicht mitbringen.

Deswegen wird aktiv nach alternativen Akkus geforscht, die mehr Strom in kompakteren Größen als Lithium-Ionen-Akkus fassen können.

Über 1000 Ladezyklen stabil

Ein in einer Studie vorgestellter neuartiger Akku mit einer Lithium-Luft Elektrode erscheint vielversprechend. In Labortests konnte der Akku über 1.000 Ladezyklen hinweg 100 Prozent seiner Kapazität beibehalten. Die Energieefizienz des Akkus, also die Energie, die beim Laden und Entladen in nicht in Hitze umgewandelt wird und so verloren geht, lag bei 93 Prozent und sank über die 1.000 Ladezyklen um fünf Prozent auf 88 Prozent. Aktuelle Lithium-Ionen-Akkus verfügen über eine Energieeffizienz von mehr als 95 Prozent.

Die Energiedichte des neuartigen Akkus ist jedoch höher als die von Lithium-Ionen-Akkus. Der neue Akku konnte 685 Wattstunden pro Kilogramm speichern. Viele Lithium-Ionen-Akkus liefern nur eine Energiedichte von 170 bis 240 Wattstunden pro Kilogramm.

Durch die höhere Energiedichte sind kleinere Akkus möglich, wodurch zum Beispiel Smartphones noch dünner werden könnten oder Autos mit kleineren Akkus fahren könnten.

Die neue Akku-Technologie nutzt Sauerstoff

Lithium-Ionen-Akkus speichern Strom in Elektrodenmaterial wie zum Beispiel Graphit. Das Speichern von Strom benötigt dadurch relativ viel Platz, wodurch große Stromverbraucher wie E-Autos sehr große Akkus benötigen.

Um diese Einschränkung zu umgehen, wird an alternativen Speichermöglichkeiten für Strom geforscht. Eine bereits getestete Möglichkeit ist das Speichern von Strom im Ionenaustausch von Lithium und Sauerstoff. Damit das Lithium mit Sauerstoff reagieren kann, muss das Stützmaterial der Elektrode kleine Poren haben, durch die der Sauerstoff zu der Lithium-Elektrode gelangen kann.

Das Material, in dem sich diese Poren befinden, darf jedoch nicht mit den Bestandteilen von Luft, also zum Beispiel Wasserdampf, reagieren, weil sonst die Poren verklumpen und der Akku nach wenigen Ladezyklen aufhört zu funktionieren. Bisher ist es keinem Lithium-Luft-Akku gelungen dieses Problem zu lösen.

Eine neue Art von Akku

Der neuartige Akku scheint dieses Problem jedoch in den Griff bekommen zu haben. Er verwendet eine Lithium-Luft Elektrode und eine Lithium-Metall-Elektrode. Für das poröse Stützmaterial der Lithium-Luft Elektrode haben die Forscher eine wasserabweisende Komponente verwendet. In dieser Komponente befindet sich Tri-Molybdän-Phosphid, welches das in der Luft befindende Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufspalten kann. Dadurch verklumpen die Poren nicht.

Die Lithium-Metall Elektrode und die Lithium-Luft Elektrode sitzen in einem bei Raumtemperatur festen Elektrolyt, in dem sich kleine Kanäle befinden, durch die sich Ionen bewegen können. Durch die Struktur des Elektrolyts wird die Lithium-Luft Elektrode mit Luft versorgt.

Bis zur Marktreife der Technologie dürfte es jedoch noch dauern, da der neuartige Akku bisher nur im Labor getestet wurde. Außerdem muss der Akku noch auf mehr als 1.000 Ladezyklen getestet werden, damit er mit den 4.000 Ladezyklen eines Lithium-Ionen-Akkus mithalten kann.

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Was haltet ihr von der vorgestellten Akku-Technologie? Könnte es in Zukunft sein, das Elektroautos leichter werden, weil der verbaute Akku kleiner wird? Schreibt gerne eure Meinung in die Kommentare.